Patch-ul cu microace, ghidat de AI, își modifică forma pentru a trata rănile cronice
Rănile cronice reprezintă o provocare majoră în domeniul sănătății, în special pentru persoanele cu diabet, care se confruntă adesea cu o vindecare întârziată, inflamație persistentă și un risc crescut de infecție.
Metodele tradiționale de închidere a rănilor, cum ar fi suturile, agrafele și adezivii, pot ajuta la aducerea marginilor rănilor împreună, însă nu răspund activ procesului de vindecare al organismului. Din acest motiv, oamenii de știință explorează biomateriale care se pot adapta la medii biologice, promovând repararea țesuturilor și prevenind infecțiile.
Un grup de cercetători condus de Hyun-Do Jung de la Universitatea Hanyang din Coreea a dezvoltat un patch cu microace, ghidat de inteligența artificială (AI), care își schimbă activ forma la temperatura fiziologică (37°C), facilitând închiderea rănilor și livrarea terapiei regenerative și protecției antibacteriene. Studiul combină AI, imprimarea 4D, biomimica, nanotehnologia ADN-ului și ingineria suprafeței într-o platformă unică pentru vindecarea rănilor.
Cercetarea a fost inspirată de Drosera capensis, o plantă carnivoră care își capturează prada prin mișcare coordonată, aderență și mecanisme de protecție. Având la bază aceste caracteristici, cercetătorii au creat un sistem de microace cu memorie de formă capabil să se îndoaie activ după plasarea în țesut. Microacele au fost fabricate prin imprimarea 4D, care permite structurilor să își schimbe forma în funcție de stimuli de mediu.
Grupul a utilizat modele de învățare automată pentru a prezice și optimiza comportamentul de recuperare a formei materialelor imprimate, reducând nevoia de experimentare extinsă. Prin analiza modului în care compoziția materialului și condițiile de fabricație influențează performanța, cercetătorii au identificat o fereastră optimă de fabricație care echilibrează stabilitatea mecanică cu recuperarea rapidă a formei. Dintre abordările de învățare automată evaluate, regresia procesului gaussian a oferit cele mai precise predicții și cele mai fiabile estimări ale incertitudinii.
„Acest studiu depășește biomimica convențională prin utilizarea inteligenței artificiale pentru a traduce principiile inspirate de natură într-un dispozitiv biomedical funcțional. Punctul cheie al acestei cercetări este faptul că nu doar că este inspirată de natură, ci și că AI ajută la transformarea inspirației biologice într-o tehnologie de vindecare a rănilor predictibilă, programabilă și relevantă clinic,” a declarat Jung.
Experimentele de laborator au arătat că microacele își recuperează rapid forma curbată programată la temperatura corpului, facilitând închiderea rănilor și menținând contactul stabil cu țesutul. Platforma a inclus, de asemenea, nanoparticule ADN aderente, concepute pentru a susține regenerarea țesuturilor, și o suprafață tratată cu zinc, care oferă protecție antibacteriană. Testele au demonstrat eliberarea sustenabilă a ADN-ului, răspunsuri favorabile din partea celulelor endoteliale și fibroblastelor implicate în vindecarea rănilor, precum și o activitate antibacteriană puternică împotriva Escherichia coli și Staphylococcus aureus.
În experimentele preclinice de vindecare a rănilor, sistemul integrat a accelerat închiderea rănilor și a îmbunătățit regenerarea țesuturilor comparativ cu metodele convenționale.
„Dincolo de vindecarea rănilor, strategia de imprimare 4D, ghidată de AI, ar putea fi extinsă și la roboții biomedicali moi sau dispozitivele de interfațare cu țesuturile care necesită mișcare programabilă, transformare controlată a formei și contact stabil cu țesuturile biologice,” a afirmat Jung.
Deși este necesară o cercetare suplimentară înainte de utilizarea clinică, tehnologia ar putea fi adaptată pentru plasturi inteligenți pentru răni, implanturi, suporturi și stenturi care reacționează la mediu organismului. Pe termen lung, aceasta ar putea susține dezvoltarea biomaterialelor inteligente care îmbunătățesc vindecarea și reduc complicațiile.
